用于注射模制转子磁体的装置和方法
【专利摘要】一种用于形成转子的组件和方法，其包括形成具有多个孔隙的转子芯部和将形成的转子芯部置于型腔中。该方法包括移动多个支撑模板以限定型腔的外直径，和用磁性浆液灌注多个孔隙的至少一个。通过施加压力至型腔中的磁性浆液和转子芯部以及通过施加磁场以调准磁性浆液而由磁性浆液形成至少一个永磁体。在转子芯部中形成至少一个永磁体后，多个支撑模板被缩回，并且转子芯部被移除而至少一个永磁体形成在转子芯部中。
【专利说明】用于注射模制转子磁体的装置和方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于电机的转子，更具体地涉及形成这种转子的方法。
【背景技术】
[0002]定子是电机的静止部分。定子与作为电机的移动或旋转部分的转子相互作用。定子和转子允许电机将机械能转换成电能，这可以称为发电机模式，并且允许将电能转换成机械能，这可以称为发动机模式。
【发明内容】
[0003]提供了用于形成转子的方法。该方法包括形成具有多个孔隙的转子芯部以及将形成的转子芯部置于型腔中。该方法还包括移动多个支撑模板(support shoe)以限定型腔的外直径。
[0004]该方法还包括向多个孔隙中的至少一个灌注磁性浆液，以及由多个孔隙中的所述至少一个中的磁性浆液形成至少一个永磁体。通过施加压力至型腔中的磁性浆液和转子芯部并且通过施加磁场以调准磁性浆液而形成至少一个永磁体。
[0005]在转子芯部中形成至少一个永磁体后，所述方法包括缩回多个支撑模板。转子芯部可随即移除，而至少一个永磁体形成在其中。
[0006]还提供了用于在永磁体转子或用于这种转子的叠层结构中形成注射模制的磁体的组件。所述组件包括多个压板，该压板限定型腔的轴向边界和多个支撑模板，该支撑模板在限定型腔的径向边界的闭合位置和在转子芯部与多个支撑模板之间产生间隙的打开位置之间可径向地移动。所述组件具有用于用磁性浆液填充转子芯部的多个孔隙中的至少一个的灌注系统和构造为调准磁性浆液的多个调准磁体。
[0007]结合附图，仅由所附权利要求限定的本发明的上述特征和优势，以及其他特征和优势从下面对用于实现仅由所附权利要求限定的本发明的最佳模式和其他实施例的详细描述中变得显见。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1A是示出在形成处理期间的、用于形成具有注射模制的永磁体的转子的模具机构或组件的示意性侧视图，；
[0009]图1B是图1A的模具机构的示意性俯视图；
[0010]图2是在图1A和IB的形成处理之前或之后示出的、模具机构的示意性侧视图；
[0011]图3A是在通过图1A、1B和2中示出的模具组件而制造的转子上进行变形分析的示意性示图；和
[0012]图3B是在通过替代的模具组件使用连续环外直径支撑而制造的转子上进行的变形分析的示意性示图。
【具体实施方式】
[0013]参见附图，其中相似的附图标记表示几个视图中对应的部件。图1A示出了模具组件10的高度示意性的侧视图，图1B通过俯视图示意性地示出了模具组件10，其中一些部件被隐藏。图1A和IB总体示出了在形成转子12的处理期间的模具组件10。
[0014]图2示出了模具组件10的高度示意性的侧视图，类似于图1A示出的视图。然而，在图2中，模具组件10示出为在形成转子12之前或之后，并可能在形成多个转子12的周期之间。在本文中，附图将被可交换地参考。
[0015]虽然本发明可以相对于机动车或车辆应用进行描述，但本领域技术人员将意识到本发明的更广阔的适用性。本领域技术人员将意识到诸如“上”、“下”、“向上的”、“向下的”等的术语作为附图的描述使用，而不表示由随附权利要求所限定的本发明的范围的限制。所有数字标记，比如“第一”或“第二”仅是说明性的，而并非意图以任何方式限制本发明的范围。
[0016]在一个附图中示出的特征可与任何附图中示出的特征组合，或被其替代或更改。除非另有说明，没有特征、元素或限制和其他特征、元素或限制是相互排斥的。附图中示出的任何具体构造仅是说明性的，并且示出的具体构造不是对权利要求或说明书的限制。
[0017]模具组件10可包括限定或形成型腔14的一个或多个部件，转子12在型腔14中形成。如图1A所示，静态压板16和动态压板18分别形成或限定型腔14的上部或下部。多个支撑模板20也通过可变地限定型腔14的外直径而形成或限定型腔。
[0018]动态压板18移动或缩回以允许诸如转子芯部22之类的用于形成转子12的部件的插入以及随后移除转子12的后续处理。支撑模板20也可相对于转子12径向地移动的，以帮助移除完全或部分地形成的转子12。因此，静态压板16和动态压板18形成型腔14的轴向边界并且支撑模板20选择性地形成型腔14的轴向边界。
[0019]图1A和IB示出了支撑模板20，其形成型腔14的外直径，这可称为支撑模板20的闭合位置，图2示出了缩回的支撑模板20，这可称为支撑模板20的打开位置。图1A示出了处在适当位置以限定型腔14的上部的动态压板18，图2示出了缩回的动态压板18。注意，静态压板16也是可移动的并且可被安装在被构造为当动态压板18用于施加压力至转子芯部22时吸收冲击的结构上。
[0020]现在将描述模具组件10形成转子12的操作。注意，模具组件10和转子12都仅是用作说明的，并且在此用于示出或描述制造类似的转子的方法。
[0021]形成转子12的处理可从形成转子芯部22开始。如图1B中最佳示出的，转子芯部22包括多个孔隙24和中央孔26，当用于电机(未示出)时，转子12将围绕中央孔26转动。
[0022]转子芯部22可由不同类型的钢或粉末金属材料形成。转子芯部22可通过压印、浇铸、机械加工、其他适合的制造方法或它们的组合而制造或形成。示出的转子芯部22可以仅是一个叠层或层，其随后将与其他转子芯部22堆叠(轴向地)以形成多层形式的转子
12。替代地，多个转子芯部22可被置于型腔14中并且又同时地被处理以形成转子12。
[0023]多个支撑模板20可径向地向内移动以形成或限定型腔14的外直径，这在将转子芯部22置于模具组件10中之前或之后将多个支撑模板20置于闭合位置。因此，当多个支撑模板位于闭合位置时，多个支撑模板20的内直径大体等于转子芯部22的外直径。在形成的转子芯部22被置于模具组件10中后，动态压板18可降低以大体完全地形成或限定型腔14。
[0024]如在此使用的，术语大体或大体等于指的是在成为完全相等的制造偏差或公差范围内的量、值或尺寸。例如，大体相等的尺寸可设计为理想地相等的但正常的制造公差可导致对于不同的零件产生的尺寸相差10-20%。替代地，正常的制造偏差可结合到部件大小中，使得容差设计在部件中。
[0025]然后模具组件10开始在多个孔隙24中的至少一些中形成多个永磁体30的处理。如图1B所示，存在填充的孔隙24和未填充的孔隙24。
[0026]转子12总体是关于其旋转轴线(通过孔26的中心)对称的，并且孔隙24总体是布置在磁极组32中。孔隙24在磁极组32中是总体对称的并且磁极组32关于转子芯部22总体是对称的。然而，转子12不需要是对称的并且可具有非对称的特征或特征群。
[0027]在示出的用作说明的实施例中，具有八个磁极组32并且每个磁极组32包括八个永磁体30。然而，可在转子12中使用更多或更少的磁极组32。永磁体30总体布置在磁极组32的中心的任意一侧上，使得四个永磁体30在相应的磁极组32的每侧上，其中永磁体30之间有四个未填充的孔隙24，而填充磁极组32的剩余孔隙24。
[0028]永磁体30被注射模制在转子芯部22的孔隙24中。基于哪个孔隙24将被填充并变成永磁体30，模具组件10比如通过在静态压板16或动态压板18中的灌注机构34向多个孔隙24的至少一个中灌注磁性浆液。磁性浆液可由包括但不限于散布在聚合物中的磁性颗粒的材料的组合形成，在聚合物中散布的磁性颗粒然后将形成永磁体30。
[0029]例如，每个永磁体30可包括在聚合物中散布的多个磁性颗粒。所述多个磁性颗粒可具有任何形状，包括但不限于薄片、碎片、粉末、球体和它们的组合。颗粒大小可基于转子12或电机来选择，但可具有但不限于从大约十微米至大约四十微米的颗粒大小。这样的颗粒大小允许多个磁性颗粒在聚合物中充分散布，并且允许磁性颗粒在聚合物中旋转，如下更详细的陈述。
[0030]每个磁性颗粒具有可永久地沿着磁场调准的磁矩。根据通常的解释，每个磁性颗粒的磁矩是描绘磁性颗粒的总体磁性特征的矢量并且是对于磁性颗粒与磁场调准的趋势的度量。磁矩具有大小和方向两者。
[0031]适合的磁性颗粒包括但不限于铁磁材料。一些特定的铁磁材料包括但不限于铁、镍、钴、天然磁石、稀土金属(即，钪、钇、和包括具有原子序数58至71的十四种元素和镧的十五种镧系元素)的合金、以及它们的组合。在一种构造中，多个磁性颗粒可由具有其中铁和硼被添加至钕中的三成分系统的钕(Nd-Fe-B)，由钐和钴的二组分系统合金(Sm-Co)形成的钐钴磁体、和/或钐-铁-氮系统(Sm-Fe-N)形成。
[0032]磁性颗粒可随意地散布在聚合物中，从而磁性颗粒彼此隔开。因此，产生的永磁体30可以是磁性材料和聚合物随意的组合或混合，从而一些磁性颗粒相比于其他磁性颗粒与邻近的磁性颗粒间隔更近。替代地，多个磁性颗粒可以在聚合物中相等地隔开。在聚合物中最大化磁性颗粒的含量以提供具有改善的磁性特性和操作特点的转子12可能是所期望的。
[0033]聚合物可根据永磁体30和转子12的期望的应用而选择。例如，对于机动车应用，聚合物可被选择以适合从约-75C至约180C的操作温度。聚合物可具有大于大约300C的熔点温度。此外，聚合物可被选择以具有适合的粘度，从而磁性浆液可被灌注进入转子12的选定的孔隙24。例如，聚合物在25C的温度下可具有从约100cP至约1000cP的粘度。
[0034]聚合物可通过激活催化剂、增加或降低温度、或者通过本领域技术人员能认识的任何适合的固化机制被固化。适合的聚合物包括但不限于热塑性聚合物、热固性聚合物及其组合。更具体地，聚合物可从尼龙、聚苯硫醚、乙烯-丙烯酸乙酯、聚酯、聚酰胺酯、环氧树月旨、聚酰亚胺及其组合中选择。
[0035]在将磁性浆液灌注进入孔隙24期间，模具组件10施加大量的压力至至少转子芯部22的接近其中灌注有磁性浆液的孔隙24的部分。该压力可导致转子芯部22围绕孔隙24的区域向外变形。然而，支撑模板20通过增强型腔14以提供对在转子芯部22的外直径处的变形的抵抗。
[0036]在示出的构造中，多个支撑模板20在编号和相对于转子芯部22的位置上总体地对应磁极组32。然而，可使用更少或额外的支撑模板20，只要转子芯部22的外直径和型腔14得到支撑。例如，与其中每个覆盖外直径的一半的两个支撑模板20比较，图1B中示出的构造可对于缩回多个支撑模板20来说是有利的。
[0037]如图所示，模板20接触转子芯部22的弧形部的大部分径向地移动离开形成的转子12的外直径。然而，如果仅由支撑模板20中的两个环绕转子12的整个外直径，则那些支撑模板20中的大部分将相对于转子12的外直径侧向移动并且在支撑模板20缩回时会在转子12的外直径处拖拽或摩擦。
[0038]在磁性浆液灌注期间，且在磁性浆液被固化或凝固并形成永磁体30之前，施加磁场以在磁性浆液中调准磁性颗粒。在示出的构造中，磁场由布置在支撑模板20中的调准磁体40施加。调准磁体40是可从多个支撑模板20移除的以允许调准磁体40的更换或在不同类型、形状、强度之间的变换。此外，示出的调准磁体40可以代表构造为选择性地施加磁场的电磁体。
[0039]总的来说，孔隙24中的永磁体30在将压力和磁场(通过调准磁体40或其他场产生器)施加至磁性浆液后形成。在形成永磁体30后，转子12可从型腔14中移除且永磁体30嵌在其中。总的来说，支撑模板20将在转子12从模具组件10移除之前缩回离开转子芯部22。
[0040]转子12的永磁体30也可以多个步骤或阶段形成。在第一阶段中，模具组件10可仅灌注多个孔隙24的第一部分以仅形成第一永磁体30组。在第二阶段中，模具组件10可然后用磁性浆液灌注多个孔隙24的不同于第一部分的第二部分，以形成第二永磁体30组。例如，可在第一阶段中形成磁极组32的一半并且在第二阶段或随后的阶段中形成另一半，但这不是限制性的。替代地，可在第一阶段中形成每个磁极组32的部分例如右半部分，并且然后在第二阶段中形成剩余部分。
[0041]在使用替代的模具组件(未示出)的替代处理中，没有包括支撑模板20。代替地，转子芯部22置于形成在静态压板16中的刚性型腔或连续环中，两者中的任一个将限定型腔14的外直径。除了动态压板18，这种替代的处理将不需要任何移动。连续环可以是薄环或厚环。
[0042]然而，在替代的处理中，转子芯部22的任何变形，尤其是发生在孔隙24的区域中的变形可导致转子芯部22的外直径压靠连续环，该连续环设计为限制型腔14的外直径。这可使从连续环移除所形成的转子12变得困难，在一些情况下，移除可损坏转子12。
[0043]现在参见图3A和3B，且继续参见图1A、1B和2，示出了由两个不同的处理和模具机构形成或制造的转子12的比较分析。图3A示出了在此描述并示出的模具组件10中制造的转子12的变形分析，其中所述模具组件10通过使用支撑模板20来限定型腔14的外直径。图3B示出了通过替代处理形成的转子12，其中所述替代处理使用连续环作为型腔14的外直径。
[0044]注意，图3A和3B没有按相同的比例绘制并且物理变形的量被夸大以更好地示出在每个处理中产生变形的地方。在图3A示出的分析中，通过支撑模板20产生的转子12的最大变位(deflect1n)是大约0.013毫米。在图3A中出于说明目的而被夸大的变形的大部分位于孔隙24之间的连接部中。
[0045]然而，如图3B所示，通过使用连续环的替代处理产生的转子12具有最大变形为约
0.126毫米。替代处理增加的变位或变形导致最终转子12的偏差和从模具机构的连续环移除转子12中增加的难度。
[0046]增加在替代处理中使用的连续环的刚度、强度和厚度可限制转子芯部22经受的变形量。然而，变形被转子芯部22的外直径和连续环之间的接触限制，并且该接触导致从连续环和与连续环相关的模具机构移除转子12的难度。沿着转子12的外直径的偏差或其他移除导致的损坏，比如转子12的翘曲，在当转子12在电机中使用时可导致操作问题。
[0047]即使采用高刚度的连续环，转子芯部22的外直径和连续环的内直径的尺寸变化将需要在磁性浆液的注射前在两者之间有一些间隙。在灌注和施加相关的压力后，转子12将增长至至少制造偏差所需的间隙的量。因此，无论连续环的刚性(或大小)如何，很可能在永磁体30的灌注之后在转子12和模具组件10之间存在接触。转子12和外环之间的接触可导致在转子12的移除期间的损坏。
[0048]相反地，如图3A所示，模具组件10中的支撑模板20提供对在形成永磁体30期间转子芯部22的外直径处的变形的高度抵抗。此外，模具组件10中的支撑模板20提供的径向缩回还允许型腔14的外直径的缩回和转子12的移除，且有效地降低了转子12损坏的可能性。
[0049]这些详细的描述和示图或图形对于本发明来说是支持性的和描述性的，而本发明的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于实现所要求保护的本发明的一些最佳模式和其它实施例，但是存在用于实施所附权利要求所限定的本发明的多种替代设计、构造和实施例。
[0050]本申请要求享有于2013年5月17日申请的美国临时申请61/824，565号的优先权，该申请整体通过引用结合于此。
【权利要求】
1.一种形成转子的方法，其包括: 形成具有多个孔隙的转子芯部； 将形成的转子芯部置于型腔中； 移动多个支撑模板以限定所述型腔的外直径； 用磁性浆液灌注所述多个孔隙中的至少一个； 通过以下步骤由在所述多个孔隙中的至少一个中灌注的磁性浆液形成至少一个永磁体: 施加压力至所述型腔中的磁性浆液和所述转子芯部；和 施加磁场以调准所述磁性浆液； 缩回所述多个支撑模板；和 将带有所述至少一个永磁体的所述转子芯部移除。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述磁场由布置在所述多个支撑模板中的永磁体施加。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述永磁体是从所述多个支撑模板可移除的。
4.如权利要求3所述的方法，其中用所述磁性浆液灌注所述多个孔隙的至少一个包括灌注所述多个孔隙的第一部分，并且其中形成所述至少一个永磁体包括在所述多个孔隙的第一部分中形成第一永磁体组，并且 所述方法还包括: 用磁性浆液灌注与所述多个孔隙的第一部分不同的所述多个孔隙的第二部分；和 在所述多个孔隙的第二部分中形成第二永磁体组。
5.如权利要求1所述的方法，其中用所述磁性浆液灌注所述多个孔隙中的至少一个包括灌注所述多个孔隙的第一部分，并且其中形成至少一个永磁体包括在所述多个孔隙的第一部分中形成第一永磁体组，并且 所述方法还包括: 用磁性浆液灌注不同于所述多个孔隙的第一部分的所述多个孔隙的第二部分；和 在所述多个孔隙的第二部分中形成第二永磁体组。
6.用于将多个永磁体灌注进入具有多个孔隙的转子芯部的模具组件，所述模具组件包括: 多个压板，其限定型腔的轴向边界； 多个支撑模板，其中所述多个支撑模板在以下位置之间可径向地移动: 闭合位置，其限定所述型腔的径向边界，和 打开位置，其在所述转子芯部和所述多个支撑模板之间产生间隙； 灌注系统，其用于用磁性浆液填充所述转子芯部的多个孔隙的至少一个；和 多个调准磁体，其被构造为调准所述磁性浆液。
7.如权利要求6所述的模具组件，其中所述多个支撑模板的内直径在所述多个支撑模板处于闭合位置时大体上相当于所述转子芯部的外直径。
8.如权利要求7所述的模具组件，其中所述多个调准磁体布置在所述多个支撑模板中。
【文档编号】H02K15/03GK104167884SQ201410206939
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2013年5月17日
【发明者】E.L.凯泽, A.利德基, P.J.萨瓦简, S.朱尔科维克 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司